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力的作用
2-2-1
古典物理學中之力學發展
2-2-2
力的認識
2-2-1 古典物理學之力學發展：
十六世紀：哥白尼提出太陽為宇宙中心的「日心說」。
十七世紀：伽立略開創了實驗物理學。
十八世紀：牛頓創建了物理學的基礎。
亞里斯多德對運動的看法：
古希臘哲學家亞里斯多德根據直覺的觀察，認為物體最終自然狀態是靜止，若要使物體維持運動，不論是等速度運動或是變速度運動，都必須持續用力。這種說法流傳了二千年之久，一直到十七世紀時，伽立略才指出它的錯誤。
亞里斯多德也認為地球是不動的，太陽、月亮、行星和恆星都以圓周為軌道圍繞著它運動。他相信這些，是因為由於神秘的原因，他感到地球是宇宙的中心，而且圓周運動最為完美。在公元後兩世紀這個思想被托勒密精製成一個完整的宇宙學模型。
托勒密的宇宙模型：
地球處於宇宙正中心，包圍看它的是八個天球，這八個天球分別負載著月亮、太陽、恆星和五個當時已知的行星：水星、金星、火星、木星和土星。這些行星被認為是它們沿著附在相應天球上的更小的圓周運動，以說明它們在天空上被觀察到的相當複雜的軌跡。最外層的天球被輟上固定的恆星，它們總是停在不變的相對的位置，但是總體繞著天空旋轉。最後一層天球之外為何物一直不清楚，但有一點是肯定的，它不是人類所能觀測到的宇宙的部分。
哥白尼的行星模型：
雖然托勒密的宇宙模型可以適當的解釋所觀測到的天體運行，可是非常複雜。（想像一下，每多一顆星，天球就再加一層。）
1514年，有一位名叫尼古拉•哥白尼的教士提出了一個更簡單的模型。（起初，可能由於害怕教會對異端的迫害，哥白尼只能將他的模型匿名的流傳）他得觀念是，太陽是靜止的位於中心，而地球和其他行星繞這太陽作圓周運動。他的觀念被認真地接受是在將近一個世紀以後。、、、、（與克卜勒、伽利略的發現有關）
伽立略的貢獻：
直到1609年，亞里斯多德 托勒密的理論才宣告死亡。那一年，伽利略用他剛發明的望遠鏡來觀測夜空。當他觀測木星時發現木星有四個月亮環繞著它轉動，相當於一個小型化的太陽系。這表明不像亞里斯多德和托勒密所設想的，並不是所有的東西都直接圍繞看地球轉。首次觀察木星，使他堅信哥白尼的日心說，本於對科學事實的信念，無懼於教會的壓制迫害，而公開宣揚辯論。
在西方，物理學的關鍵性發展始於伽利略(Galileo 1564-1642)對力學所做的奠基工作，他進行物理與天文研究時，非常注重歸納、演繹及數學技巧的運用，並主張物理定律需用實驗來加以驗證（請與亞里斯多德互相比較），所以他被稱為物理實驗之父。
伽立略根據斜面實驗的結果，認為若物體不受外力作用時，仍然可以持續運動，他稱之為物體的慣性，即物體具有保持原來運動狀態的能力：原先靜止者，保持靜止；原先運動者，保持運動。
日常生活中所觀察到的運動，多少都會受到阻力的作用，因此必須持續用力以克服阻力，才能維持運動。但如果阻力為零時，物體不需受力，便能維持運動。伽立略能察覺到一般不為人知的阻力的存在，確實是了不起的發現。
慣性、自由落體、單擺等時性皆是伽利略的傑作，我們以g 表示重力加速度，就是為尊崇他在科學上的成就。
伽立略畢生提倡以科學方法解決問題，以實驗檢驗真理，開創實驗物理學。
第一位天文物理學家克卜勒：
和伽利略同時代的德國人克卜勒(Johannes Kepler,1571-1630)是一位天生喜歡思索求解的人，他數學很好而實驗則非其所長，但他很幸運地繼承了丹麥天文學家第谷(Tycho Brahe,1546-1601)以畢生精力仔細觀察所記錄下來的最佳行星資料。
知否？第谷就是為了反駁哥白尼的地動說才花費時間與金錢去做大量的天文觀測。
因亞里斯多德的地球中心論一直無法與觀星資料吻合，所以他大膽地跳脫亞里斯多德的地球中心論，轉而接受哥白尼(Nicolaus Copernicus，1473-1543)的太陽中心論（即地動說），並試圖找出行星運動規則。
花了十年時間，經過多方嘗試，他終於在1601年提出第一定律，第二定律，再經九年，1619年他再提出第三定律，得到完整的太陽系學說。此一天文學的發展，為物理學上的運動學及力學定律的出現開闢了一條道路。
克卜勒的行星運動定律，包含下列三部分：
1.各行星在不同的橢圓形軌道上，繞太陽公轉。太陽位在其一的焦點處。
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就開普勒而言，橢圓軌道僅僅是想當然的並且是相當討厭的假設，因為橢圓是很明顯地不如圓那麼完美。雖然他幾乎是偶然地發現橢圓軌道能很好地和觀測相符合，但卻不能把它和他的行星繞太陽運動是由於磁力引起的另一思想相互調和。對這一切提供解釋是晚得多的事，那是由於1687年伊薩克．牛頓爵士出版了也許是有史以來物理科學上最重要的單獨的著作，他的「數學的自然哲學原理」。 |
2.行星與太陽的連線在相同的時間間隔內，掃過相同的面積，這稱為等面積掃描定律。
1. 近日點速度快，遠日點速度慢由此可得。
2.
冬天的太陽日較長，而夏天的太陽日較短。與一般認知夏日長，冬日短似乎相反。
3.
何謂太陽日、平均太陽日，此與地球自轉一週的時間是否相同？
3.行星公轉週期的平方，和其橢圓軌道半長軸的三次方成正比。
想想，二十年的時間面對觀測原始記錄做整理，何等的毅力！！！
克卜勒行星運動三大定律（又稱天文三大定律）在高二下物理有一整章完整說明。此三定律結合圓周運動規則，是牛頓導出萬有引力定律之根據
集大成的牛頓：
（萬有引力）
緊接著伽立略之後，是物理史上的劃時代巨人--牛頓（Issac Newton，1642-1727）。他在1687年發表了他一生最重要的著作：自然哲學𨻙的數學原理（當時把物理學稱為自然哲學）。
在這本書中牛頓不但提出物體如何在空間和時間中運動的理論「三大運動定律」，並且發展了為分析這些運動所需的複雜的數學「微積分」。此外，牛頓提出了萬有引力定律 ，根據這定律 ，宇宙中的任一物體都被另外物體所吸引，物體質量越大，相互距離越近，則相互之間的吸引力越大。這就是使物體落到地面上的力。在理論上可以推導出克卜勒的行星運動定律。
這實在是一項了不起的成就，從此揭開了天體運動的神祕性，掙脫了迷信對人類心靈的束縛。牛頓把這些基本定律應用在落體運動、拋物運動、物體碰撞、振動……等問題，建構起物理學的理論體系。
他從實驗中深入觀察物體受力後的運動變化，指出力就是物體加速度的來源，力和運動之間的關係可歸納出三條規律，這就是牛頓三大運動定律：
1.牛頓第一運動定律：當物體不受外力作用，或所受合力為零時，原先靜止者恆靜止，原先運動者恆作等速度運動。這定律又稱為慣性定律。
2.牛頓第二運動定律：物體受力後所得的加速度，和其所受的淨力（即合力）成正比，和其質量成反比。設以
代表物體所受的淨力，m為物體的質量，
為加速度，則
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力單位牛頓 1 Nt＝1 kg × 1m／s2＝1 kg•m／s2
1牛頓是使質量為1kg的物體，產生1m／s2的加速度所需要的力。
3.牛頓第三運動定律：當兩物體交互作用時，彼此互以力作用於對方，兩者大小相等，方向相反，同時生滅，但作用在不同的物體上。這定律又稱為作用-反作用定律。
例題2-5：
在一棒球對抗賽中，投手將球以每秒40公尺的水平速度投進本壘，打擊者將球擊出後，球以每秒60公尺的速度反向擊出。假設棒球質量為0.15公斤，而球與棒接觸時間為0.02秒，則打擊者在這段時間內平均出力大小為何？ 750N
解題思考順序：速度變化？
加速度？
力？
